第五章 工程场地地震地质灾害评价5.1 概述该工程场地位于呼和浩特市南约9km 的八拜乡境内。

地貌上是处于大青山冲洪积扇的边缘带上，呈北东—南西微倾，坡度2°左右，地面平坦，海拔高程在1047～1053m 。

现今的地貌景观是大黑河冲积、湖积及大青山冲洪积的产物。

地下水埋深在3～5m ，西北浅，东部深。

在工程场地进行了工程地质水文地质调查、剪切波速测试及高密度电阻率法探测等野外工作，高密度电阻率法测线及剪切波速测试钻孔位置如图5.1所示。

图5.1 高密度电阻率法测线及地震钻孔位置示意图5.2 地层岩性根据地震钻孔资料和区测报告，工程场地内的地层主要由第四系全新统冲洪积粗砂、细砂、砾砂（Q 4al+pl ）和上更新统湖积粉质粘土、粉砂（Q 3l ）组成。

按照其岩土组成、成因和时代的不同自上而下简述如下：图5.2 地震钻孔DZ1柱状图图5.3 地震钻孔DZ2柱状图al+pl）：黄褐色，稍密，稍湿，土质均匀，分选好。

①粉土（Q4al+pl）：黄褐色，中密，稍湿—饱和，局部含有少量砾砂。

②1粗砂、细砂（Q4al+pl）：杂色，密实，湿。

②2粗砂、砾砂（Q4l）：灰绿色，可塑，湿，局部夹薄层粉砂。

③粉质粘土（Q3l）：深灰色，中湿，局部含有有机及炭质斑点，层理清楚，据水平④淤泥质土（Q3层理。

l）：灰色，可塑，湿，切面光滑，有光泽，有层理。

⑤粉质粘土（Q3l）：灰色，密实，湿，局部颗粒粗，含矿物成分。

⑥粉砂、细砂（Q3工程场地地震钻孔柱状图见图5.2、图5.3。

5.3 活动断裂探测本次工程场地活动断裂探测选用高密度电阻率法。

高密度电法是20世纪90年代发展起来的一种新型的电阻率方法，它集电剖面和电测深于一体，采用高密度布点，进行二维地电断面测量，数据量大，信息多，观测精度高，探测的深度灵活。

在识别断层、破碎带等方面非常有效。

5.3.1 方法原理高密度电法探测的物理前提是地下介质间的导电性差异。

野外工作时，首先沿剖面按10m间距一次性布好多根电极，观测时，仪器可按照特定的装置方式接通电极，依次测量剖面上不同位置、不同深度的视电阻率剖面，进行计算、处理、分析，便可获得地层中的电阻率分布情况，从而可以划分地层、圈闭异常等。

5.3.2 使用仪器本次野外测试采用重庆奔腾数控技术研究所生产的WDJD－2多功能数字直流激电仪和WDZJ－1多路电极转换器所构成的WGMD－1高密度电阻率测量系统。

系统硬件主要技术指标如下：①对50Hz工频干扰压制优于80dB；②输入阻抗：＞50MΩ；③从电脉冲宽度：1~60秒，占空比为1:1；④转换电极数：60路；⑤绝缘性能：≥500MΩ；⑥最大工作电压：400V DC；⑦最大工作电流：2A DC。

5.3.3 测线布置及地质解释如图5.1所示，在工程场地的东侧和南侧分别布设了高密度电阻率法测线P—P′和R—R′（表5.1），经过数据处理、分析，得到了2条高密度电阻率法剖面及其地质解释剖面（图5.4、图5.5）。

在2条高密度电阻率法反演剖面上均显示，根据地震钻孔资料揭示，上部地层的视电阻率在24.7～39.2Ω•m之间和57.1～151Ω•m之间的，为第四系全新统冲洪积地al＋pl）；下部为第四系上更新统湖积地层，视电阻率在39.2～57.1Ω•m之间。

层（Q4全新统与上更新统地层间的电阻率曲线连续、稳定，表明在测试深度范围内未发现活动断裂通过工程场地的迹象。

图5.4 测线P－P′高密度电阻率法剖面及其地质解释图5.5 测线R－R′高密度电阻率法剖面及其地质解释5.4 剪切波速测试如图5.1所示，对工程场地地震钻孔DZ1、DZ2采用单孔检层法进行了剪切波速测试，测试结果见表5.2、表5.3。

5.4.1 测试仪器及方法单孔检层法是在地面距钻孔一定距离置一木板，作为激震板。

在木板上压重物使其与地面紧密接触。

用铁锤水平敲击木板两端，激发土层振动，通过井下的三分量检波器接收信号，然后对信号进行数据处理，求取土层剪切波速。

测试仪器采用武汉岩海工程技术开发公司研制的RS—1616K型多功能动测仪和哈尔滨工程力学研究所研制的JB—3型井下三分量检波器，数据分析处理采用目前比较先进的配套软件。

5.4.2 等效剪切波速计算根据《建筑抗震设计规范（GB50011-2001）》，工程场地土层的等效剪切波速应按下列公式计算：V s e=d0／t (5.1)nt=∑(d i／V si) (5.2)i=1式中：V se—土层等效剪切波速（m/s）；d0 —计算深度（m），取覆盖层厚度和20m二者的较小值；t—剪切波在地面至计算深度之间的传播时间（s）；d i —计算深度范围内第i土层的厚度（m）；V si —计算深度范围内第i土层的剪切波速（m/s）；n —计算深度范围内土层的分层数。

根据剪切波速测试结果，利用式（5.1）、（5.2）计算得到的等效剪切波速值为：ZK01：V se＝231.2m/s；ZK02：V se＝237.7m/s；平均：V se＝234.5m/s。

表5.2 地震钻孔DZ1剪切波速测试结果表表5.3 地震钻孔DZ2剪切波速测试结果表5.5 场地土动力性能土在大应变条件下的动力性能由原状土动三轴实验测定。

为此在钻探的同时采集了2组具有较好典型性和代表性的粉质粘土原状土样，委托中国地震局地质研究所土动力学实验室进行了动三轴实验。

5.5.1 模量比实验将土样切削成直径为3.8cm、高为8cm左右的圆柱状试件。

在压力室内模拟试件在现场的受力状态，施加静围压和轴向力，进行排水固结。

固结完成后，由小到大分级施加1Hz的正弦波荷载，测定土样在各级荷载轴向应力P和轴向应变ε的时间历程，由应力应变时程灰处应力应变滞回曲线。

由滞回曲线B点的应力应变值可求出试样的轴向模量E，由E可求出土样在该载荷下的剪切模量：G=E/2(1+υ)(5.3)式中P B、εB分别为滞回曲线B点所对应的应力应变值，υ为泊松比，由土的类别确定。

对所求得各级荷载下不同幅值的模量，进行统计分析时，应力应变关系用双曲函数表示：τ=γ/（A+Bγ）(5.4)式中τ和γ分别为剪应变和剪应变幅值，A和B为回归常数，若令τ/γ=G，则得1/G=A+Bγ以1/G为纵坐标，γ为横坐标，将实验结果标在该图中，近似用一条直线来表示它们的关系，显然，当γ=0时，可得到系数A等于最大剪切模量的倒数，即1/G max,因此，可得到对应不同应变模量与最大模量的比值和应变的关系：G/G max=1/(1+γB/A)(5.5)5.5.2 阻尼比实验试样在载荷下的阻尼比D可用下式求得：D=(1/4π)(△W/W)(5.6)式中：△W为一个循环消耗的能量，用应力应变回归曲线所围成的面积表示。

W为施加的最大应变能。

阻尼比曲线方程由下式表示：D=aγb(5.7)式中a和b为回归常数，随土类而定。

5.5.3 实验结果通过动三轴试验，测定了土样的剪切模量、阻尼比与剪应变的关系，结果如表5.4、表5.5和图5.6所示。

表5.4 动三轴实验回归常数表(A、B—模量比 a、b—阻尼比)表5.5 若干动剪应变下模量比与阻尼比计算值1、钻孔DZ2 粉质粘土（15.8～16.0m）2、钻孔DZ2 粉质粘土（35.5～35.7m）动剪切模量比与动剪应变关系曲线阻尼比与动剪应变关系曲线图5.6 动三轴实验结果5.6场地土类型及建筑场地类别确定根据剪切波速测试结果，计算得到工程场地20m深土层的平均等效剪切波速为234.5m/s，属于250≥V se＞140档；根据地震钻孔勘探结果，该工程场地的覆盖层厚度大于50m，属于＞50档。

按照《建筑抗震设计规范（GB50011-2001）》，综合以上两个条件判定，场地土类型为中软土，建筑场地类别为Ⅲ类。

5.7 地震地质灾害评价5.7.1 砂土液化评价该工程属重大工程，场地地震基本烈度为Ⅷ度。

根据地震钻孔勘探结果，场地的粗砂层属于饱和砂土层，按照《建筑抗震设计规范（GB50011-2001）》，应进行砂土液化判别。

以下分2步进行判别：一、初判根据《建筑抗震设计规范（GB50011-2001）》，当符合下列条件之一时，饱和的砂土或粉土，可初步判别为不液化或不考虑液化影响：1、地质年代为第四纪晚更新世（Q3）及其以前时，7、8度时可判为不液化土；2、粉土的粘粒（粒径小于0.005mm的颗粒）含量百分率ρc（%）在7度、8度和9度分别不小于10、13和16时，应判为不液化土；3、采用天然地基的建筑，当其上覆非液化土层厚度和地下水位深度符合下列条件之一时，可不考虑液化影响：d u>d0+d b-2 (5.3-1)d w>d0+d b-3 (5.3-2)d u+d w>1.5d0+d b-4.5 (5.3-3) 式中d w—地下水位深度（m），按建筑使用期内年平均最高水位采用，也可按近期内最高水位采用；d u—上覆非液化土层厚度（m），计算时宜将淤泥和淤泥质土层扣除；d b—基础埋置深度（m），不超过2m时应采用2m；d0—液化土特征深度（m），按表5.6采用。

表5.6 液化土特征深度（m）按照上述初判原则进行判别，只有钻孔DZ2目标层粗砂存在液化的可能性，以下进500万吨/年炼油扩能改造工程场地地震安全性评价报告行进一步判别。

二、详判根据《建筑抗震设计规范（GB50011-2001）》，当饱和砂土标贯击数实测值N63.5小于临界值N cr时可判为液化，反之则不液化化其判别式如下：在地面下15m深度范围内，液化判别标准贯入锤击数为：N cr=N0[0.9+0.1(d s-d w)](3/ρc)1/2 (5.4-1) 在地面下15-20m范围内，液化判别标准贯入锤击数为：N cr=N0(2.4-0.1d s)(3/ρc)1/2 (5.4-2)式中d s—饱和土标准贯入点深度（m）；N cr—液化判别标准贯入锤击数临界值；N0 —液化判别标准贯入锤击数基准值，应按表5.7采用；d w —地下水位深度（m）；ρc—饱和土的粘粒含量百分率，当ρc(%)<3或为砂土时，取ρc=3。

表5.7 标准贯入锤击数基准值注：括号内数值用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区。

根据地震钻孔标准贯入试验结果，当地震烈度达到Ⅷ度时，工程场地不会发生砂土液化现象（表5.8）。

工程场地的液化本报告只是做了一些粗略的判定，具体要以本工程场地的岩土工勘为主。

表5.8 标准贯入试验判别法砂土液化判别结果表- 66 - 内蒙古自治区地震工程研究勘察院中国石油呼和浩特石化分公司500万吨/年炼油扩能改造工程场地地震安全性评价报告5.7.2 活动断裂高密度电阻率法探测结果表明，工程场地在探测深度内无活动断裂通过迹象。